【技术实现步骤摘要】
本技术涉及生物医学领域，特别涉及一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置。
技术介绍
1、异质颗粒和细胞混合物分离是化学科学、生物学和医学领域中各种应用的重要任务，特别是对于基于细胞的治疗和医学研究，分离不同的细胞并从细胞溶液中去除不需要的颗粒如细菌和碎片，对于诊断和治疗相关疾病是至关重要的。研究人员通过使用电场、磁场和声场等外场作用，或利用特殊的微结构及其诱导产生的微流体效应，开发出多种不同的微流控分选装置。其中利用体声波产生声场的主动分选技术，因其快速响应、高通量和低剪切力的优点而得到广泛关注。
2、当液体存放在一个长方体形状，由固体基板制成的微流道中，如果微流道底部和侧壁固体基板内均存在行进的体声波，由于固体基板和液体的声速不匹配，体声波就会以折射的方式由固体基板耦合进入液体中，称为液体内的漏波。当固体基板内存在两列方向相反的体声波时，耦合进入液体之后也将存在两列方向相反的漏波，这两列波会产生相干效应，由此便产生一些声学力，这些力将在固定的区域达到平衡，这些区域称为压力节点和压力反节点。只要悬浮在微流道液体内的粒子直径远小于漏波波长的一半，这些声学力就能驱动粒子运动，不同密度的粒子将会朝着压力节点或者压力反节点运动，并且直径越大的粒子运动的速度越快，根据此原理可以实现粒子分选。
3、近几十年来，声子晶体器件被成功地应用在射频通信、声光调制以及微机械减振等领域。近些年来，声子晶体在微流控领域的应用是一个新的研究方向，利用声子晶体可以反射频率在其禁带范围内的声波这一特性，可以有效控制声波的传输方向，
4、目前常见的利用声学方法进行微流控粒子分选装置，普遍采用在压电器件上制作多组金属叉指电极，利用产生声波的金属叉指电极摆放方向的不同来控制声波的传输方向，但这种方法中器件的材料成本和加工成本高，器件不具有可装配性，不适合大批量制作。针对以上问题，以下提供一种解决方案。
技术实现思路
1、本技术的目的是提供一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置，能够降低传统器件成本的同时，将声子晶体应用到微粒声分选这一新功能上。
2、本技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、本申请中，包括由下到上依次设置的压电声波激励装置、超声波耦合材料、声学波控制区域、微流道结构、长方体封装结构。
4、本申请中，所述压电声波激励装置是在128°y-x铌酸锂压电材料上制作金属叉指电极，通交流电后产生周期性的电场，利用所述压电材料的逆压电效应，在压电材料表面产生传播方向与金属叉指电极垂直，具有与周期性电场同频率的声表面波。
5、本申请中，所述超声波耦合材料主要由水溶性胶状材料组成，用来将所述压电声波激励装置产生的声表面波，转移到所述上层的声学波控制区域，在上层产生体声波并使体声波在声学波控制区域内工作。
6、本申请中，所述的声学波控制区域至少包括：声子晶体和体声波反射区域。所述声子晶体，是在基板上，使用深反应离子刻蚀工艺加工得到的布拉格散射声子晶体，基板是(100)晶向的单晶硅材料，散射体的形状是圆柱形通孔，晶格单元的平面形状是正方形。所述体声波反射区域，是在作为体声波传播介质的硅基板上设置一个，由周期性分布的声子晶体单元围成的矩形区域，用来控制体声波在所述硅基板内的传输和分布。
7、本申请中，所述长方体封装结构材质为聚二甲基硅氧烷(pdms)，包括比所述微流道结构略宽的长方体，和贯穿长方体的通孔。
8、所述长方体封装结构，用来封闭下层的微流道结构。为微流道提供微流体入口和出口的同时，减小微流体在微流道内流动过程中的挥发。
9、所述贯穿长方体的通孔，一共有四个，均为圆柱形通孔。分为一个微流体入口通孔，和三个微流体出口通孔。在入口处通孔直径与下方微流道的宽度一致，而在出口处由于下方微流道的收集口宽度较小，不利于外界对分选后的微流体进行收集，因此将出口处通孔直径设计的比微流道的收集口宽度大。
10、本申请中，所述微流道结构是分选混合微粒的关键部分。包含在所述的体声波反射区域中，被所述长方体封装结构盖住。所述微流道结构包括一个微流道和三个粒子收集口，在工作时声波会从所述体声波反射区域折射进入微流道中的液体。
11、本申请中，装置工作时，携带有两种不同直径混合悬浮颗粒的微流体样本，由外部储藏样本的装置通过塑料管道流到所述长方体封装结构的入口，然后从封装结构的入口进入所述微流道，经过微流道之后可以将液体内混合悬浮颗粒，按照不同的直径大小分开。不同的悬浮颗粒进入所述微流道内不同的粒子收集口，然后从收集口流入所述长方体封装结构的出口，经出口流出并在装置外部收集。
12、如上所述，本申请基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置具有以下优点：本申请仅需在压电材料上制作单组金属叉指电极，产生的声表面波通过超声耦合胶耦合到硅基板上的声学波控制区域，进而使得经过声子晶体控制之后的声波折射进入微流道中的液体，可以将微流道液体内的混合悬浮粒子根据不同的直径进行分选。在传统的声分选器件需要制作多组金属叉指电极，以产生不同方向声波的基础上，减少了金属叉指电极的数量，降低了制作成本；本申请在硅片上制作微流道结构，降低了微流道的制作成本和材料成本，并且由于使用超声耦合胶粘接的方式组装器件使得装置可拆卸，可以使最下层成本较高的压电声波激励装置得到重复利用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置，包括压电声波激励装置、超声波耦合胶层(3)、声子晶体结构(5)和封装层(8)，其特征在于，所述声子晶体结构(5)位于压电声波激励装置一侧的上方，且所述声子晶体结构(5)通过超声波耦合胶层(3)与压电声波激励装置连接，所述声子晶体结构(5)表面设有体声波反射区域(6)，所述体声波反射区域(6)上设有粒子分选微流道，所述粒子分选微流道上设有封装层(8)。
2.根据权利要求1所述的一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置，其特征在于，所述压电声波激励装置包括压电材料衬底(1)，所述压电材料衬底(1)表面设有金属叉指电极(2)。
3.根据权利要求1所述的一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置，其特征在于，所述超声波耦合胶层(3)设有超声波耦合胶，所述超声波耦合胶位于所述体声波反射区域(6)与所述压电声波激励装置之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置，其特征在于，所述声子晶体结构(5)为二维正方形晶格硅-空气声子晶体，所述声子晶体结构(5)包括固体基板和设置
5.根据权利要求1所述的一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置，其特征在于，所述体声波反射区域(6)包括体声波传播介质和设于体声波传播介质周围的声子晶体结构(5)，所述体声波传播介质为长方体板状的硅材料，所述声子晶体为二维正方形晶格硅-空气声子晶体，所述体声波反射区域(6)用于反射通过体声波传播介质进入该区域的体声波，以使反射波与入射波叠加，从而在反射区域内形成相干波。
6.根据权利要求1所述的一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置，其特征在于，所述粒子分选微流道包括微流道结构(7)和三个收集口，所述粒子分选微流道位于体声波反射区域(6)内，三个所述收集口均设置于微流道结构(7)的一端，三个所述收集口用于收集分选后不同直径的粒子。
7.根据权利要求1所述的一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置，其特征在于，所述封装层(8)包括长方体形状的固体盖板、一个微流体入口和三个微流体出口，所述微流体入口位于固体盖板的一端，三个所述微流体出口均位于固体盖板的另一端，所述长方体形状固体盖板为聚二甲基硅氧烷基板，所述粒子分选微流道的封装层(8)位于粒子分选微流道的上方。
8.根据权利要求6所述的一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置，其特征在于，当所述粒子分选微流道内有液体时，相干波可以折射进入液体中，以对悬浮在所述微流道液体中的微粒施加声学力的作用，从而推动微粒至力的节点处。
...【技术特征摘要】
1.一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置，包括压电声波激励装置、超声波耦合胶层(3)、声子晶体结构(5)和封装层(8)，其特征在于，所述声子晶体结构(5)位于压电声波激励装置一侧的上方，且所述声子晶体结构(5)通过超声波耦合胶层(3)与压电声波激励装置连接，所述声子晶体结构(5)表面设有体声波反射区域(6)，所述体声波反射区域(6)上设有粒子分选微流道，所述粒子分选微流道上设有封装层(8)。
2.根据权利要求1所述的一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置，其特征在于，所述压电声波激励装置包括压电材料衬底(1)，所述压电材料衬底(1)表面设有金属叉指电极(2)。
3.根据权利要求1所述的一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置，其特征在于，所述超声波耦合胶层(3)设有超声波耦合胶，所述超声波耦合胶位于所述体声波反射区域(6)与所述压电声波激励装置之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置，其特征在于，所述声子晶体结构(5)为二维正方形晶格硅-空气声子晶体，所述声子晶体结构(5)包括固体基板和设置于固体基板上的声学波散射结构，所述固体基板为硅基板，所述声学波散射结构为圆柱形通孔，所述声学波散射结构按照正方形晶格结构分布在所述硅基板上。
5.根据权利要求1所述的一种基于声子晶体结构进...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。